Gián án He thong kien thuc chuong 8 NC

Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương
Trường THPT Nguyễn Đáng
Lớp 12
Họ và Tên:
HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC
VẬT LÝ 12 NÂNG CAO
Chương 8
SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP

I/. Thuyết tương đối hẹp
1. Hạn chế của cơ học cổ điển
+ Cơ học cổ điển còn gọi là cơ học Niu-tơn chiếm một vị trí quan trọng trong sự phát triển của vật lý
học cổ điển và được áp dụng rộng rãi trong khoa học kỹ thuật.
+ Theo cơ học cổ điển, thời gian xảy ra một hiện tượng, kích thước và khối lượng của một vật đều có
trị số như nhau trong mọi hệ quy chiếu, dù vật đó đứng yên hay chuyển động. Nhưng trong những
trường hợp, vật chuyển động với tốc độ v xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng thì cơ học Niu-tơn không còn
đúng nữa. Năm 1905, Anh-xtanh đã xây dựng một lý thuyết tổng quát hơn - thuyết tương đối hẹp.
2. Các tiên đề Anh-xtanh
a) Tiên đề I (nguyên lý tương đối):
Các định luật vật lí (cơ học, điện từ học,…) có cùng một dạng như nhau trong mọi hệ quy
chiếu quán tính. Nói cách khác, hiện tượng vật lý diễn ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính.
b) Tiên đề II (nguyên lý về sự bất biến của tốc độ ánh sáng):
Tốc độ ánh sáng trong chân không có cùng độ lớn bằng c trong mọi hệ quy chiếu quán tính,
không phụ thuộc vào phương truyền và tốc độ của nguồn sáng hay máy thu:
C= 299 792 458 m/s ≈ 300 000 km/s.
Đó là giá trị tốc độ lớn nhất của hạt vật chất trong tự nhiên.
3. Hai hệ quả của thuyết tương đối hẹp
a) Sự co độ dài
Theo thuyết tương đối, một thanh khi đứng yên có độ dài
o
l

(gọi là độ dài riêng) và khi thanh
chuyển động với tốc độ v, dọc theo phương chiều dài thanh thì độ dài của thanh là:

2
o o
2
v
1
c
= − <l l l
.
Như vậy, độ dài của thanh đã bị co lại theo phương chuyển động, theo tỉ lệ
2
2
v
1
c
−
. Điều đó chứng
tỏ, khái niệm không gian là tương đối, phụ thuộc và hệ quy chiếu quán tính.
b) Sự chậm lại của đồng hồ chuyển động
Theo thuyết tương đối, khoảng thời gian để xảy ra một hiện tượng đo theo đồng hồ gắn với
vật chuyển động với tốc độ v là
o
t∆
, đo theo đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên là
t
∆
thì:

o
o
2
2
t
t t
v
1
c
∆
∆ = > ∆
−
hay
o
t t∆ < ∆
Đồng hồ gắn với vật chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên. Như vậy,
khái niệm thời gian là tương đối, phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ quy chiếu quán tính.
II/. Hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng
1. Khối lượng tương đối tính
Theo thuyết tương đối, khối lượng của vật có tính tương đối, phụ thuộc hệ quy chiếu và được
xác định bởi công thức:
o
o
2
2
m
m m
v
1
c

= ≥
−
Trong đó:
+ c là tốc độ ánh sáng trong chân không.
+ m là khối lượng tương đối tính của vật (đó là khối lượng của vật khi chuyển động với tốc độ v).
Vật lý 12 nâng cao Trang 1
Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương
+
o
m
là khối lượng nghỉ (hay là khối lượng tĩnh) của vật (đó là khối lượng của vật khi nó đứng yên,
v = 0). Vậy khối lượng của vật tăng khi v tăng. Khi
v c=
thì
o
m m≈
.
* Động lượng tương đối tính được tính bởi:
p mv=
r
r
2. Hệ thức giữa năng lượng và khối lượng
a) Hệ thức Anh-xtanh: Theo thuyết tương đối, giữa năng lượng toàn phần và khối lượng của vật
(hoặc hệ vật), liên hệ với nhau bởi:
2
E mc=
Hay:
2
o
2

2
m
E c
v
1
c
=
−
Hệ thức này được gọi là hệ thức Anh-xtanh.
+ Theo hệ thức này, khi vật có khối lượng m thì có cũng có một năng lượng E và ngược lại.
+ Khi năng lượng thay đổi một lượng
E∆
thì khối lượng thay đổi một lượng
m∆
tương ứng và
ngược lại.
2
E m.c∆ = ∆
b) Các trường hợp riêng:
+ Khi v = 0 thì
2
o o
E m c=
.
o
E
được gọi là năng lượng nghỉ (ứng với khi vật đứng yên).
+ Khi
v c=
hay

v
1
c
=
. Năng lượng toàn phần của vật:
2 2
o o
1
W m c m v
2
≈ +
Như vậy, khi vật chuyển động, năng lượng toàn phần của nó bao gồm năng lượng nghỉ và
động năng của vật.
c) Theo vật lý học cổ điển, đối với hệ kín thì khối lượng và năng lượng của hệ được bảo toàn. Theo
thuyết tương đối, đối với hệ kín, khối lượng nghỉ và năng lượng nghỉ tương ứng không nhất thiết
được bảo toàn, nhưng năng lượng toàn phần W được bảo toàn.
3. Áp dụng cho phôtôn
a) Khối lượng tương đối tính của phôtôn
Theo thuyết lượng tử ánh sáng, phôtôn ứng với bức xạ đơn sắc có bước sóng λ và tần số f có
năng lượng:
c
hf hε = =
λ
. Theo thuyết tương đối,
2
ph
m cε =
. Trong đó
ph
m

là khối lượng tương
đối tính của phôtôn. Như vậy:
ph
2 2
hf h
m
c c c
ε
= = =
λ
b) Khối lượng nghỉ của phôtôn
2
oph ph
2
v
m m 1
c
= −
Vì v = c nên:
oph
m 0=

Vậy, khối lượng nghỉ của phôtôn bằng không.
c) Động lượng tương đối tính của phôtôn
ph
h
p m c
c
ε
= = =

λ
Vật lý 12 nâng cao Trang 2